(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu tiềm năng khai thác năng lượng tái tạo từ rác ở huyện thanh oai, hà nội

Việc gia tăng nhu cầu sử dụng năng lượng và sự phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng hóa thạch dẫn đến nảy sinh nhưng vấn đề sau đây: Nguy cơ cạn kiệt nguồn nguyên liệu hóa thạch; Gia tăng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ NỘI

-

BÙI THỊ THANH MAY

NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

TỪ RÁC Ở HUYỆN THANH OAI, HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ NỘI

-

BÙI THỊ THANH MAY

NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

TỪ RÁC Ở HUYỆN THANH OAI, HÀ NỘI

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Khái quát chung 3

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo trên thế giới 4

1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam 13

1.4 Công nghệ tận thu năng lượng từ rác 16

1.4.1 Biến đổi sinh hóa 17

1.4.2 Biến đổi nhiệt hóa 18

1.4.3 Thu hồi khí mêtan (CH4) từ các bãi rác cũ 26

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 28

2.1.1 Vị trí địa lý 28

2.1.2 Điều kiện tự nhiên 28

2.2 Phương pháp nghiên cứu 29

2.2.1 Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu thứ cấp 29

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa 30

2.2.3.Phương pháp phỏng vấn qua phiếu câu hỏi 30

2.2.4 Phương pháp dự báo 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Hiện trạng phát sinh chất thải rắn 32

3.1.1 Rác thải sinh hoạt 32

3.1.2 Rác thải công nghiệp 37

3.1.3 Rác thải nông nghiệp 38

3.2 Thành phần các loại rác trên địa bàn 48

3.3 Tiềm năng năng lượng từ rác 49

3.3.1 Đánh giá phương án tận thu năng lượng xử lý rác thải 49

3.3.2 Ước tính khả năng cung cấp điện từ rác thải trên địa bàn huyện Thanh Oai 54

3.4 Dự báo tiềm năng năng lượng từ rác đến năm 2015 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phân tích chính sách năng lượng tái tạo 10

của các quốc gia trên thế giới [7] 10

Bảng 3.4 Tổng thành phần lượng rác thải sinh hoạt trên địa bàn 36

Bảng 3.5 Lượng thải đầu ra của chăn đệm 36

Bảng 3.6 Thành phần rác thải công nghiệp phát sinh trên địa bàn 38

Bảng 3.7 Số liệu về diện tích, năng suất và sản lượng lúa qua các năm từ 2006-2011 [15] 39

Bảng 3.8 Diện tích gieo trồng cả năm một số loại rau màu trên toàn huyện [15] 40

Bảng 3.9 Sản lượng cả năm một số loại rau màu trên toàn huyện [15] 40

Bảng 3.10 Tỷ lệ các phụ phẩm so với chính phẩm từ canh tác lúa, ngô [22] 44

Bảng 3.11 Khối lượng các phụ phẩm sinh khối từ canh tác lúa, ngô diễn biến qua các năm (*) 45

Bảng 3.12 Số lượng và sản lượng gia súc, gia cầm qua các năm [15] 46

Bảng 3.13 Số lượng phân trong ngày của gia súc, gia cầm 46

Bảng 3.14 Giá trị trung bình của nước thải sau bể biogas truyền thống 47

Bảng 3.15 Thành phần rác thải sinh hoạt trên địa bàn 48

Bảng 3.16 Thành phần rác thải công nghiệp trên địa bàn 48

Bảng 3.17 Thành phần chất thải nông nghiệp phát sinh trên địa bàn 49

Bảng 3.18 Tổng nhiệt trị khi đốt chất thải rắn công nghiệp và sinh hoạt 54

Bảng 3.19 Tiềm năng điện năng từ các phụ phẩm sinh khối từ canh tác lúa, ngô trên địa bàn huyện Thanh Oai 55

Bảng 3.20 Sản lượng khí sinh học phát sinh trên địa bàn 56

Bảng 3.21 Tiềm năng điện năng từ rác thải trên địa bàn huyện Thanh Oai 56

Bảng 3.22 Dự báo nhiệt trị sinh ra trong 1 ngày của rác thải sinh hoạt và công nghiệp qua các năm 58

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Quy trình xử lý chất thải hữu cơ bằng phương pháp hầm ủ sinh học 18

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống đốt rác thải thu hồi năng lượng [19] 20

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ MBT-CD08 [3] 22

Hình 1.4 Dòng vật chất trong RDF [3] 23

Hình 1.5 Nhiệt trị trong sản phẩm RDF (CD-08) và một số nhiên liệu khác [3] 23

Hình 1.6 Hệ thống khí hóa sinh khối công nghệ Nexterra [32] 25

Hình 3.1 Các nguồn phát sinh chất thải tại huyện Thanh Oai 33

Hình 3.2 Phụ phẩm cây lúa sau thu hoạch lúa 41

Hình 3.3 Các phụ phẩm cây ngô sau thu hoạch 44

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống lò đốt tầng sôi đồng phát nhiệt – điện [20] 53

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

NLTT: Năng lượng tái tạo

CTR: Chất thải rắn

WTE: Chất thải rắn thành năng lượng

RDF: Nhiên liệu rắn (Refuse Derived Fuel)

ERF: Nhiên liệu giàu năng lượng (Energy Rich Fuel)

MSW: Chất thải rắn đô thị

EPA: Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ

MỞ ĐẦU

Hiện nay khủng hoảng năng lượng không còn mang tính chất quốc gia mà lan rộng toàn cầu Cùng với quá trình đô thị hóa, việc sử dụng năng lượng đang tăng mạnh trong thời gian qua, trong đó có Việt Nam Trong khi đó các nguồn năng lượng truyền thống (than đá, dầu mỏ, thủy điện ) lại ngày càng khan hiếm Việc gia tăng nhu cầu sử dụng năng lượng và sự phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng hóa thạch dẫn đến nảy sinh nhưng vấn đề sau đây:

Nguy cơ cạn kiệt nguồn nguyên liệu hóa thạch;

Gia tăng sự phát thải các khí nhà kính từ việc khai thác, sử dụng các nguyên liệu hóa thạch trong các hoạt động phát triển, ảnh hưởng đến chất lượng môi trường sống;

Gây bất ổn về an ninh năng lượng, ảnh hướng đến đời sống cũng như sự phát triển bền vững;

Những tiến bộ của khoa học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các nước trên thế giới phải quan tâm đến việc sản xuất và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) và quan tâm đến bảo vệ môi trường

Chất thải nói chung và chất thải rắn nói riêng đã và đang là mối lo ngại của rất nhiều nước trên thế giới như vấn đề về không đủ diện tích chôn lấp, chất thải không được xử lý gây ô nhiễm môi trường

Do đó, việc nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng từ rác, tìm hiểu phương

án hợp lý để tận dụng các nguồn nhiên liệu tái tạo, tận thu năng lượng từ rác thải, chất thải nông nghiệp góp phần không những giải quyết được vấn đề môi trường đang bức xúc mà còn thu được một lượng năng lượng để phục cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của người dân

Thanh Oai là một huyện ngoại thành của thành phố Hà Nội, thuận lợi cho việc phát triển kinh tế, đang trong quá trình đô thị hóa mạnh Vì vậy lượng rác thải phát sinh hàng ngày khá lớn Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có một công trình nghiên

cứu nào đánh giá một cách cụ thể về số lượng, thành phần, đặc biệt là những tiềm năng năng lượng từ rác này để có phương án đầu tư và sử dụng chúng một cách hợp

lý, hiệu quả và giảm gây ô nhiễm môi trường

Xuất phát từ lý do trên, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tiềm năng khai

thác năng lượng tái tạo từ rác ở huyện Thanh Oai, Hà Nội” nhằm đánh giá hiện

trạng phát sinh rác thải và tiềm năng năng lượng từ rác thải trên địa bàn huyện Thanh Oai trên cơ sở các phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này

Nội dung nghiên cứu

- Xác định hiện trạng, thành phần, đặc điểm và tính khối lượng CTR (rác thải sinh hoạt, rác thải nông nghiệp, rác thải công nghiệp) trên địa bàn huyện Thanh Oai

- Xác định nhiệt trị của một số chất thải rắn đặc trưng tại huyện Thanh Oai

- Đánh giá và dự báo tiềm năng khai thác năng lượng tái tạo từ rác ở huyện Thanh Oai

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung

Trong mọi hoạt động của xã hội loài người (lao động, sản xuất, sinh hoạt ) đều phát sinh các chất thải

Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2005 đã định nghĩa

- Chất thải: là vật chất ở thể rắn, lỏng và khí được thải ra từ sản xuất, kinh doanh dịch vụ, sinh hoạt hoặc hoạt động khác

- Chất thải rắn: là chất thải ở thế rắn, được thải ra từ sản xuất, kinh doanh dịch

vụ, sinh hoạt hoặc các hoạt động khác Chất thải rắn bao gồm chất thải rắn thông thường và chất thải rắn nguy hại

Chất thải rắn thải ra từ sinh hoạt cá nhân, hộ gia đình, nơi công cộng được gọi chung là chất thải rắn sinh hoạt;

Chất thải rắn từ hoạt động sản xuất công nghiệp, làng nghề hoặc các hoạt động khác được gọi chung là CTR công nghiệp

- Rác thải hay còn gọi là chất thải rắn (CTR) là một vật nào đó mà nhiều người cho rằng nó không còn lợi ích và giá trị sử dụng Khi chúng bị vứt bỏ, nếu không được thu gom, vận chuyển và xử lý thích hợp thì chúng có thể gây ô nhiễm môi trường, gây mất mỹ quan đô thị và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng [12]

Theo Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả:

- Năng lượng bao gồm nhiên liệu, điện năng, nhiệt năng thu được trực tiếp

hoặc thông qua chế biến từ các nguồn tài nguyên năng lượng không tái tạo và tái tạo

- Tài nguyên năng lượng không tái tạo gồm than đá, khí than, dầu mỏ, khí

thiên nhiên, quặng urani và các tài nguyên năng lượng khác không có khả năng tái tạo

- Tài nguyên năng lượng tái tạo gồm sức nước, sức gió, ánh sáng mặt trời, địa

nhiệt, nhiên liệu sinh học và các tài nguyên năng lượng khác có khả năng tái tạo [13]

- Nhiên liệu là các dạng vật chất được sử dụng trực tiếp hoặc qua chế biến để

làm chất đốt

Rác thải có thể được coi là nguồn tài nguyên quý giá nếu chúng ta biết cách tái

sử dụng lại chúng, chúng là rác thải đối với người này nhưng lại là nguồn tài nguyên đối với người khác Việc này có thể làm giảm đi mối lo ngại về nơi chôn lấp, vấn đề ô nhiễm môi trường Rác thải là nguồn năng lượng tái tạo góp phần rất lớn vào việc giảm thiểu khủng hoảng năng lượng hiện nay nhờ vào các công nghệ tận thu nguồn năng lượng này

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo trên thế giới

Do sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng làm cạn kiệt dần các nguồn năng lượng như than, dầu mỏ hầu hết các nước trên thế giới đều quan tâm đến các nguồn NLTT Khai thác nguồn NLTT nói chung để từng bước thay thế các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính là chiến lược về năng lượng của các nước trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền công nghiệp phát triển

Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất đối với việc phát triển các nguồn NLTT là nguồn vốn đầu tư và giá thành điện năng cao [6]

* Năng lượng mặt trời: có thể biến đổi trực tiếp thành năng lượng nhờ tế bào

quang điện hoặc gián tiếp qua các môi trường trung gian khác như nước

Năng lượng mặt trời có thể được khai thác dưới dạng nhiệt và dưới dạng điện Vì chỉ có những áp dụng nhỏ hay cực nhỏ, năng lượng mặt trời không đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật hay kinh tế

* Địa nhiệt: Ở một số nước, nguồn tài nguyên năng lượng địa nhiệt khá phong

phú Inđônesia có khoảng 500 núi lửa, trong đó có 130 núi lửa đang hoạt động Chính nhờ đó mà nước này có nguồn năng lượng địa nhiệt khá phong phú Khu vực sản xuất điện địa nhiệt lớn nhất Indonesia là Gunung Salak, với công suất lắp đặt là 330MW Chính phủ Indonesia đang công bố kế hoạch tăng sản lượng công suất điện địa nhiệt nhanh chóng, với mục tiêu đạt 3.000MW vào năm 2015 và 6.000MW vào năm 2020

Hơi nước và nước nóng từ địa nhiệt cũng được sử dụng trực tiếp để nấu ăn và dùng cho tắm giặt [43]

Tương tự, ở Philippine, năng lượng địa nhiệt sẽ là nguồn năng lượng mới được thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch Các điểm khai thác địa nhiệt có thể tìm thấy trên khắp lãnh thổ Philippines, 17% năng lượng được sản xuất từ Philippines là địa nhiệt Theo số liệu năm 2009, thì tổng sản lượng điện sản xuất từ địa nhiệt tại quốc gia này là khoảng 2 GW Phát triển địa nhiệt được coi là trọng tâm trong chính sách phát triển ngành năng lượng tái tạo tại quốc gia này [41]

Mỹ đang là quốc gia đi đầu trong việc sản xuất địa nhiệt trong số các quốc gia trên thế giới có phát triển địa nhiệt Công suất điện địa nhiệt của Mỹ hiện chiếm 32% công suất địa nhiệt của các nhà máy trên thế giới.Trong thời gian tới nước Mỹ có thể sản xuất tới 100.000 MW điện địa nhiệt đủ cung cấp điện cho 25 triệu hộ cư dân trong

50 năm (chi phí khoảng 40 triệu USD/năm) trong khi chi phí ban đầu chỉ vào khoảng 0,8-1 tỷ USD [42]

* Năng lượng gió: Tổng công suất điện gió toàn cầu đạt tới 24927MW vào cuối năm 2001, trong đó công suất điện gió của 10 nước: Đức, Tây Ban Nha, Mỹ, Đan Mạch, Ấn Độ, Hà Lan, Anh, Ý, Trung Quốc và Hy Lạp chiếm 92,08% Ở Đức, riêng năm 2001 đạt mức tăng trưởng công suất điện gió kỷ lục 2627MW, đưa tổng công suất điện gió lên tới 8734MW (gấp đôi Mỹ), đạt 3,3% năng lượng nhu cầu và sẽ đưa

tỷ trọng đó lên 5% vào năm 2003 Đan Mạch đứng hàng đầu thế giới về tỷ trọng điện gió trong tổng điện năng là 18% Cả Đan Mạch và Tây Ban Nha sẽ tiếp tục phát triển điện gió với tốc độ như của Đức Ở Mỹ, năm 2001 cũng đạt mức tăng trưởng kỷ lục công suất điện gió là 1635MW, đưa tổng công suất điện gió lên hàng thứ hai thế giới [35]

* Năng lượng thủy triều: Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là lượng

điện thu được từ năng lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều Hiện nay một số nơi trên thế giới đã triển khai hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng

thuỷ triều [36]

Để thu được năng lượng từ sóng, người ta sử dụng phương pháp dao động cột nước Sóng chảy vào bờ biển, đẩy mực nước lên trong một phòng rộng được xây dựng bên trong dải đất ven bờ biển, một phần bị chìm dưới mặt nước biển Khi nước dâng, không khí bên trong phòng bị đẩy ra theo một lỗ trống vào một tua bin Khi sóng rút

đi, mực nước hạ xuống bên trong phòng hút không khí đi qua tua bin theo hướng ngược lại Tua bin xoay tròn làm quay một máy phát để sản xuất điện

Trong lịch sử, các nhà máy điện thủy triều đã được sử dụng cả ở châu Âu và trên bờ biển Đại Tây Dương của Bắc Mỹ

Nhà máy điện thủy triều đầu tiên là nhà máy điện thủy triều Rance được xây dựng trong khoảng thời gian 6 năm từ 1960 đến 1996 ở La Rance, Pháp có công suất cài đặt 240 MW [36, 37]

Nhà máy điện thủy triều hồ Sihwa với công suất cài đặt 254MW được hoàn thành vào năm 2011 là nhà máy điện thủy triều lớn nhất thất giới

Chính phủ Scotland đã thông qua kế hoạch cho một mảng của các máy phát điện dòng thủy triều gần Islay , Scotland 10MW , chi phí 40 triệu bảng, và bao gồm

10 tua bin đủ cung cấp điện cho hơn 5.000 ngôi nhà Các tuốc bin đầu tiên được dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm 2013 [36]

* Thủy điện: Tiềm năng thủy điện của thế giới ước tính vào khoảng 2214000

MW, riêng Việt Nam 30.970 MW chiếm 1,4% tổng trữ lượng thế giới Hiện nay thế giới đã khai thác được trung bình 17% tiềm năng Thủy điện được xếp vào loại năng lượng sạch không thải ra chất ô nhiễm Tuy nhiên việc xây dựng các hồ chứa nước lớn và đập chắn có thể tạo ra các tác động lớn tới môi trường và tài nguyên thiên nhiên khu vực như động đất kích thích, thay đổi khí hậu thời tiết khu vực, mất đất canh tác, tạo ra lượng

CH4 do phân huỷ chất hữu cơ lòng hồ, tạo ra các biến đổi thuỷ văn hạ lưu, tăng độ mặn nước sông, ảnh hưởng đến sự phát triển của các quần thể cá trên sông, tiềm ẩn tai biến môi trường [6]

Thuỷ điện đã được phát triển mạnh ở các nước châu Âu, Bắc Mỹ trong các năm 1950 - 1980, ở châu Á (Nhật Bản), châu Phi phát triển chậm hơn, nhưng từ sau 1975-1980 trở lại đây đã được phát triển nhanh, đặc biệt là Trung Quốc

Một số nước có nguồn thuỷ năng khá dồi dào đã phát triển thuỷ điện đạt tỷ lệ trên 99% trong tổng sản lượng của hệ thống điện ở nước họ như Na Uy đạt 99%, nhiều nước châu Phi cũng đạt tỷ lệ cao như: Nambia (99%), Conggo (99%), Cộng hoà Trung Phi (99%), Cộng hoà Congo (99,9%), Uganda (99,9%), thậm chí đạt tới 100% như Burundi [35]

* Năng lượng sinh khối: Nhiên liệu để sản xuất năng lượng sinh khối bao gồm:

- Nhiên liệu có nguồn gốc từ động vật: Phân gia súc, gia cầm ( trâu, bò, lợn, gà, vịt …) , phân người vv…;

- Nhiên liệu có nguồn gốc từ thực vật: Phụ phẩm nông nghiệp: rơm, ra, thân, lõi và lá ngô, hạt cải, vỏ dừa, bã mía, mùn cưa, vỏ trấu, rác thải sinh hoạt, rau Bina hạt cây Jatropha, cây Khuynh diệp, cây Cọ dầu, cây Lục bình (bèo Tây) vv

- Ngoài những nhiên liệu trên, người ta còn dùng một số nhiên liệu: cồn ethanol để chạy động cơ Sử dụng mỡ cá Ba sa, cá Tra, dầu thực vật đã qua sử dụng

và một số loại cây vv…chế biến nhiên liệu này [6,9,10]

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu, áp dụng kĩ thuật, công nghệ

sử dụng nguồn nhiên liệu sinh khối đa dạng, phong phú

Trung Quốc và Mỹ đã tập trung nghiên cứu sản xuất thử nhiên liệu sạch thế hệ thứ hai Theo họ năng lượng sạch tương lai sẽ được sản xuất từ các loại cây trồng trên các vùng đất xấu như cây Khuynh diệp, hoặc các thứ phẩm nông nghiệp như lõi ngô,

bã mía, rơm, rạ … loại nhiên liệu này giá thành rẻ nhưng khả năng giảm thiểu khí nhà kính lại cao

Malaysia vào tháng 2 năm 2004 đã đưa vào sử dụng trạm phát điện nhỏ, nhiên liệu là khí rác thải tại khu rác Java gần thủ đô Kualalumpur Đây là công trình đầu tiên của Malaysia sử dụng rác thải để sản xuất điện và là bước tiến quan trọng trong nỗ lực

sử dụng năng lượng tái sinh Công trình này đã thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia và

là mẫu hình triển khai ở các nước Đông Nam châu Á Trạm phát điện này có công suất 2MW, bao gồm 2 tổ máy chạy bằng khí đốt

Thái Lan đã khuyến khích xây dựng các nhà máy sản xuất dầu diesel sinh học

cỡ nhỏ tại các địa phương trong cả nước Cũng như các nước của khu vực Đông Nam

Á, Thái Lan có nguồn dầu có dồi dào, cung cấp nhiên liệu cho việc sản xuất điện bằng năng lượng sinh khối Trong kế hoạch phát triển năng lượng sạch, Chính phủ Thái Lan dành 725 triệu USD xây dựng 85 nhà máy sản xuất dầu Diezel sinh học vào năm 2012 [34, 35]

Thụy Điển đã sản xuất con tàu đầu tiên trên thế giới chạy bằng khí sinh học (Biogas) từ chất thải hữu cơ, tàu thân thiện với môi trường Con tàu nối thành phố Linkoping miền Nam Thụy Điển với thành phố Vaestervik dài 80 km Tàu có một toa duy nhất với 45 chỗ ngồi Trên tàu được trang bị 11 bình khí, đủ chạy 600 km với vận tốc 130km/h Chi phí để chế tạo con tàu là 1,3 triệu USD Ngoài ra, Thụy Điển hiện

có 779 xe buýt chạy bằng khí sinh học và 4500 xe hơi chạy bằng hỗn hợpxăng – khí sinh học [34]

Ở California có nhà máy điện Biomass, công suất 50MW Nhà máy này sử dụng phụ phẩm gỗ của nhà máy cưa để làm nhiên liệu Các nước Úc và Mỹ đầu tư vào công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai để sản xuất Ethanol (Hiện 2 nước này đang sản xuất ethanol gốc bắp) Mỹ đã đầu tư 600 triệu USD, dự kiến sẽ tăng 2 lần sơ với ethanol gốc bắp; Úc đầu tư 15 triệu đô la Úc để sản xuất nhiên liệu tương tự [11]

* Năng lượng từ rác thải: Trong những năm đầu thế kỷ 20, một số thành phố

của Mỹ bắt đầu tạo ra điện hoặc hơi nước từ đốt chất thải Những năm 1920, Atlanta bán hơi nước từ lò đốt của Công ty Ánh sáng Gas và Công ty Điện lực Georgia

Atlanta [39]

Tuy nhiên, châu Âu phát triển công nghệ đốt chất thải thành năng lượng triệt

để hơn, một phần bởi vì những quốc gia có ít đất cho các bãi chôn lấp

Trong giai đoạn 2001 - 2007, các dự án Biến CTR thành năng lượng (Waste to Enerergy, WTE) xử lý được khoảng 4.000.000 tấn mỗi năm Ở Trung Quốc có khoảng 50 nhà máy WTE [39] Trong năm 2007 có hơn 600 nhà máy ở 35 quốc gia khác nhau Các thiết bị này xử lý 170 triệu tấn chất thải đô thị Đó là nguồn năng lượng tương đương với 220 triệu thùng dầu Năng lượng được sản xuất từ 400 lò đốt chất thải ở châu Âu cung cấp điện cho 27 triệu dân Thị trường đốt chất thải ở châu

Âu ước tính trị giá 9 tỷ USD Các bãi chôn lấp hiện đại nhất cho phép sản xuất khí biogas thông qua việc lên men chất thải, có thể tái sử dụng dưới dạng điện năng Ở Hoa Kỳ có 340 trong số 2975 bãi chôn lấp thu hồi khí biogas và xử lý chất thải có liên quan đến vấn đề giảm các khí nhà kính [32,44]

Một số nhà máy đốt rác thải WTE trên thế giới [39]:

- Cơ sở phục hồi tài nguyên Montgomery, Dickerson, Maryland , Mỹ (1995)

- Spittelau (1971), và Flötzersteig (1963), Vienna, Áo

- SYSAV ở Malmö (2003 và 2008), Thụy Điển

- Nhà máy Teesside EfW, Middlesbrough, Anh (1998)

- Cơ sở đốt chất thải thành năng lượng, Metro Vancouver , Canada (1988) Ngoài ra, tiềm năng thu khí từ rác thải ở các nước Đông nam Á là rất phong phú Tuy nhiên, các bãi rác này lại không được quản lý chặt chẽ và chưa có các biện pháp nhằm tái sử dụng chúng Chính vì vậy, rác thải đang bị lãng phí và gây tác hại đến sức khỏe cho con người và môi trường

Các quốc gia đang có xu hướng nghiên cứu các nguồn năng lượng tái tạo nhằm tận dụng giảm bớt áp lực tới nguồn tài nguyên không tái tạo đang dần cạn kiệt Nội dung quan trọng của chính sách năng lượng tái tạo của các quốc gia này chính là: lựa chọn nguồn năng lượng và mục tiêu phát triển, chính sách hỗ trợ tài chính phát triển nguồn năng lượng, sử dụng công cụ kinh tế trong quản lý, chính sách tiêu dùng

Bảng 1.1 Phân tích chính sách năng lượng tái tạo

của các quốc gia trên thế giới [7]

Quốc gia Nguồn năng

lượng và mục tiêu phát triển năng lượng tái tạo

Chính sách

hỗ trợ tài chính phát triển nguồn năng lượng

Sử dụng công cụ kinh tế trong quản lý

Chính sách tiêu dùng

Thụy Điển Năng lượng sinh

học, đạt 15,3%

tổng năng lượng sử dụng năm 2001

Trợ cấp đầu

tư các nhà máy đốt than bùn và sinh khối 4000 Sek/KW

Đánh thuế cacbon đối với nhiên liệu hóa thạch, miễn thuế nhiên liệu sinh học

Đánh thuế tiêu thụ điện, miễn thuế sản xuất điện

Anh Năng lượng gió,

mặt trời, sóng và thủy triều; đạt 15%

tổng sản lượng điện từ nguồn NL tái tạo vào năm

2020

Hồ trợ tài chính thông

chương trình khoa học công nghệ phát triển nguồn năng lượng tái tạo

Ban hành quy định cung cấp điện từ nguồn năng lượng tái tạo, ban hành quota điện tái tạo, miễn thuế cacbon cho cơ sở sử dụng năng lượng tái tạo

Người tiêu dùng phải chịu giá mua điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo cao hơn chi phí sản xuất

Phần Lan Năng lượng sinh

học, đạt mức 19,4% nguồn năng lượng tái tao vào năm 2001

Hỗ trợ đầu tư nhà mắy sử dụng than bùn

và sinh khối

Áp dụng thuế cacbon đối nhiên liệu than đá, dầu

Đánh thuế tiêu thụ điện sinh hoạt cao hơn tiêu thụ điện công nghiệp

Hà Lan Năng lượng gió và

mặt trời, đạt mức 9% điện từ năng lượng tái tạo vào năm 2010

Đan Mạch Năng lượng gió Nhà nước đầu

tư sản xuất tuabin gió và mua điện gió với mức 85%

giá của nhà sản xuất

Trợ cấp 30% vốn đầu tư, miễn thuế

cá nhân sản xuất đạt 7.000KWh;

thưởng tiền môi trường 0,013 euro/1kwh từ

2001

Đức Thủy điện, sinh

khối, địa nhiệt, gió, quang điện

Cho vay lãi suất thấp với

dự án năng lượng gió, hỗ trợ đầu tư dự

án năng lượng mặt trời hộ gia đình

Đánh thuế nhiên liệu hóa thạch, đưa ra thuế sinh thái bồi thường cho cơ sở sản xuất năng lượng tái tạo

Đánh thuế tiêu thụ điện

Tây Ban

Nha

Tuabin gió, quang điện, sinh khối, thủy điện, đạt 30%

điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo vào năn

2010

Nhà nước hỗ trợ mua điện

từ nguồn năng lượng tái tạo bằng 80-90%

giá bán điện tiêu dùng

Hỗ trợ và giảm thuế cho người sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo

Hy Lạp Nhiệt mặt trời,

tuabin gió, địa nhiệt, sinh khối;

đạt 30% điện từ nguồn năng lượng tái tạo năm 2010 Izơlan Thủy điện, tuabin

gió, hiện 5% điện được sản xuất từ năng lượng tái tạo Tiệp Khắc Năng lượng sinh

khối, phế thải nông nghiệp, đạt 3-6%

điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo vào năm

2010

Đầu tư kinh phí nhà nước khoảng 7,6 tỷ USD để sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo

Ban hành chính sách tiết kiệm năng lượng

và điện

Mỹ Nhiên liệu sinh

học, năng lượng mặt trời

Hỗ trợ tài chính cho hoạt động phân phối năng lượng tái tạo

Ban hành chương trình Marketing xanh cho năng lượng tái tạo Brazin Thủy điện, nhiên

liệu sinh học (Etanol và dầu cọ), trên 90% điện sản

Đầu tư nhà nước cho chương trình sản xuất

xuất từ năng lượng tái tạo

Etanol (18 tỷ USD)

Nhật Bản Quang điện, năng

lượng gió, sinh khối, thủy điện nhỏ, đạt 1,35%

điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo vào 2010

Hỗ trợ đầu tư nghiên cứu khoa học về năng lượng tái tạo

Ban hành quota dưới dạng chứng chỉ điện sản xuất

từ nguồn năng lượng tái tạo

Trung

Quốc

Tuabin gió, năng lượng mặt trời, thủy điện nhỏ, thu khí metan từ mỏ than, chất thải nông nghiệp, biogaz; đạt 10%

điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo vào năm

2010

Nhà nước đầu

tư phát triển nguồn năng lượng tái tạo

Tài trợ cho điện sản xuất từ khí than và các dạng năng lượng tái tạo khác, ban hành thuế cacbon

Bangladesh Quang điện, tuabin

gió và khí biogaz

Miễn thuế 15 năm nhà máy sản xuất điện

từ năng lượng tái tạo, miễn thuế xuất nhập khẩu thiết bị sản xuất năng lượng tái tạo Nam Phi Mục tiêu đạt 15%

điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo vào năm

2020 New

Zealand

Hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời Các quốc

gia vùng

vịnh

Năng lượng mặt trời

Theo Bảng 1.1, mỗi quốc gia tùy vào tiềm năng về nguồn năng lượng tái tạo và trình độ phát triển để lựa chọn phương án nguồn năng lượng tái tạo ưu tiên, với tỷ trọng năng lượng tái tạo trong tổng sản lượng năng lượng quốc gia liên tục gia tăng theo thời gian Với các quốc gia trình độ phát triển thấp thường lựa chọn các loại nguồn có suất đầu tư nhỏ, công nghệ ít phức tạp, giá thành sản xuất ở mức tương đương với giá năng lượng hóa thạch, như: thủy điện nhỏ, sử dụng nhiệt bức xạ mặt trời (đun nước nóng bằng mặt trời, bếp đun và thiết bị sấy bằng ánh sáng mặt trời, v.v.), năng lượng sinh khối, biogas, dầu thực vật, v.v Khi trình độ kinh tế kỹ thuật ở mức tương đối cao, các quốc gia lựa chọn các phương án có suất đầu tư cao, trang thiết bị đòi hoiử phải vận hành và bảo dưỡng phức tạp, như: tuabin gió, quang điện, nhiên liệu sinh học (Etanol, Metanol, v.v.), điện địa nhiệt, điện thủy triều, điện sóng biển, v.v

1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Với điều kiện thiên nhiên và thổ nhưỡng, Việt Nam được đánh giá là quốc gia không chỉ phong phú về nguồn năng lượng hóa thạch mà còn rất tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) Thậm chí, theo đánh giá của ông Roman Ritter, một chuyên gia về năng lượng tái tạo, Việt Nam có thể đảm bảo 100% điện từ NLTT [35]

Hiện nay, Việt Nam có đến 7 dạng NLTT có tiềm năng khai thác Năng lượng gió: tiềm năng 8% diện tích toàn lãnh thổ, đã đo xác định 1800MW, hiện khai thác 1.25MW; Năng lượng mặt trời: tiềm năng 4-5kWh/m2, hiện khai thác 1.2KW; Thủy điện nhỏ: hiện khai thác 300MW/4000MW tiềm năng; Năng lượng sinh khối: hiện khai thác 150MW/800MW tiềm năng; Rác thải: hiện khai thác 2.4MW/350MW tiềm năng; Khí sinh học: hiện khai thác 2MW/150MW tiềm năng; Năng lượng địa nhiệt: hiện khai thác 0MW/340MW tiềm năng [2]

Theo đó có thể thấy năng lượng gió và năng lượng mặt trời là hai nguồn NLTT

có tiềm năng lớn nhất Tuy nhiên, đây lại là 2 nguồn NLTT được khai thác ít nhất cả

về công suất và hiệu quả Có rất nhiều nguyên nhân, trong đó nguyên nhân về mặt kinh tế (chi phí đầu tư ban đầu quá cao, quy mô đầu tư lớn, giá thành sản phẩm không

cạnh tranh) và các chính sách hỗ trợ của Nhà nước đang là rào cản lớn đối với việc phát triển nguồn năng lượng này [35]

Thủy điện nhỏ hiện đang được khai thác với công suất lớn nhất (hơn 300MW) Tổng công suất của các trạm đang còn hoạt động chỉ vào khoảng 3% tiềm năng và chỉ đạt khoảng 50 đến 70% công suất thiết kế [35] Nguyên nhân là do: năng suất không

ổn định do những bất ổn của thời tiết và biến đổi khí hậu; và thủy điện nhỏ chưa được đầu tư đúng mức Vùng núi phía Bắc, Miền Trung và Tây Nguyên là địa bàn thích hợp để phát triển thủy điện nhỏ, giá rẻ nhờ được trợ giá bằng cơ chế phát triển sạch Nếu kết hợp việc phát triển năng lượng thủy điện nhỏ với dự trữ nguồn nước thì hiệu quả kinh tế môi trường của các dự án thủy điện nhỏ càng được phát huy

Năng lượng sinh khối ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa phát triển, quá trình thương mại hóa vẫn còn hạn chế Cho đến nay, chỉ có 33 trên tổng số 43 nhà máy mía đường của Việt Nam sử dụng hệ thống đồng phát nhiệt điện bằng bã mía với tổng công suất lắp đặt 130MW Ngoài ra, sinh khối được sử dụng ở vùng nông thôn như nguồn nguyên liệu phục vụ đun nấu với quy mô nhỏ và chưa có công nghệ thích hợp nên hiệu suất thấp [11]

Năng lượng sinh khối dưới dạng phế thải nông nghiệp có thể chuyển đổi thành nhiên liệu rắn làm chất đốt sinh hoạt và lấy nhiệt ở các vùng đồng bằng và trung du nước ta

Nhiên liệu sinh học dưới dạng Etanol hiện đang được phát triển dựa trên nguyên liệu tinh bột sắn và chất thải của nhà máy đường, có thể bổ sung thêm một số phụ phẩm nông nghiệp khác (khoai, cây ngô, đậu, v.v.) Hiện ở nước ta đã có 3 nhà máy sản xuất Bio-Etanol với công suất 320 triệu lít/năm, trong đó nhà máy của công

ty Cổ phần Đồng Xanh có công suất 120 triệu lít / năm đã đi vào sản xuất Tuy nhiên, tiềm năng phát triển nhiên liệu sinh học ở nước ta có giới hạn vì quỹ đất canh tác nông nghiệp của nước ta còn không nhiều, đang bị thu hẹp do quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và biến đổi khí hậu Phương hướng sản xuất dầu thực vật dựa trên các loại cây trồng (dừa, cọ, Jatropha, v.v.) cũng rất hạn chế vì quỹ đất trồng các loại cây này

còn lại không nhiều, hơn nữa bị khống chế bởi các nhu cầu sử dụng đất khác, kể cả nhu cầu sử dụng cho các dự án năng lượng tái tạo đã nêu [10]

Năng lượng địa nhiệt chưa được nghiên cứu nhiều, hiện mới xác định được 5 địa điểm có nguồn nước nóng nhiệt độ cao, có thể xây dựng nhà máy điện địa nhiệt quy mô 40-50MW [44]; các điểm nước nóng khác có nhiệt thấp và trung bình, chỉ có thể sử dụng cho nhu cầu chữa bệnh và sấy nông sản

Có thể thấy hơn 10 năm trở lại đây, các nhà khoa học và các nhà đầu tư trong

và ngoài nước đã bắt đầu quan tâm phát triển các nguồn NLTT Một loạt các dự án phát triển các nguồn NLTT đã được lên kế hoạch và bước đầu triển khai Đã có được những thành công bước đầu ở các nguồn như biogas, phong điện và năng lượng mặt trời

Dự án thử nghiệm “Chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi ở Việt Nam” (giai đoạn 1 từ 2003-2006) do Cục Chăn nuôi - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thực hiện cùng hợp tác với Tổ chức phát triển Hà Lan (SNV) Mục tiêu của Chương trình là áp dụng hiệu quả công nghệ khí sinh học trong nước, phát triển thị trường khí sinh học, phát triển và bảo vệ môi trường nông thôn thông qua việc cung cấp nguồn năng lượng sạch cho các hộ gia đình nông thôn, cải thiện điều kiện vệ sinh cộng đồng và sức khoẻ người dân nông thôn, tạo công ăn việc làm cho người dân nông thôn và giảm sự phát thải khí nhà kính [10, 24]

Dự án phong điện Bình Thuận, dự án được đặt tại huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận, do Liên doanh giữa Công ty Năng lượng Gió Fuhrlaender AG của Đức và Công ty cổ phần NLTT Việt Nam làm chủ đầu tư Nhà máy có tổng công suất là 120

MW với 80 tuabin dự kiến hoàn thành vào năm 2011, được thực hiện theo nhiều giai đoạn [44] Ngày 21/8/2009, tuabin điện gió đầu tiên công suất 1,5MW tại xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận đã khởi động an toàn và phát điện Dự kiến nhà máy đi vào hoạt động ổn định, ngành công nghiệp năng lượng Việt Nam sẽ tăng thêm một sản lượng điện khoảng 100 triệu KWh/năm, mặc dù không lớn song có

ý nghĩa, mở đầu cho ngành công nghiệp điện gió Việt Nam góp phần nâng dần tỷ lệ của NLTT trong cơ cấu năng lượng quốc gia

Mặc dù được đánh giá là có tiềm năng rất đáng kể về năng lượng mặt trời, nhưng do nhiều nguyên nhân khác nhau, tỉ trọng của năng lượng mặt trời trong cán cân năng lượng chung của toàn đất nước vẫn còn rất bé

Bên cạnh các phương thức khai thác truyền thống, đơn giản, mang tính dân gian như phơi lúa và sấy khô các loại thủy hải sản, các hoạt động nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến hiện nay thường tập trung vào các lĩnh vực như cung cấp nước nóng dùng trong sinh hoạt và phát điện ở qui mô nhỏ

Nhằm mục đích đẩy mạnh việc sử dụng nước nóng mặt trời, ở một số tỉnh thành

đã thực hiện chương trình “Hỗ trợ sản xuất và tiêu dùng máy nước nóng năng lượng mặt trời”, theo đó, khi mua một sản phẩm nước nóng mặt trời người dân sẽ được hỗ trợ một triệu đồng đối với các tổ chức, đoàn thể [1]

Trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây, đã xuất hiện một vài công ty chuyên kinh doanh về pin mặt trời, đã có một số dự án thành lập các nhà máy sản xuất pin mặt trời,

và trong thực tế đã và đang xây dựng nhà máy sản xuất pin mặt trời Có thể xem SELCO-Vietnam là công ty chuyên kinh doanh về pin mặt trời đầu tiên ở Việt Nam, đây là công ty 100% vốn nước ngoài, được thành lập vào năm 1997 Nhà máy pin mặt trời thuộc Công ty cổ phần Năng lượng Mặt trời đỏ được xem là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam trong lĩnh vực này, nhà máy được khởi công vào ngày 20.3.2008 tại huyện Đức Hòa, tỉnh Long An, công suất dự kiến của giai đoạn 1 là 3MWp/năm và của giai đoạn 2 là 5MWp/năm

1.4 Công nghệ tận thu năng lượng từ rác

WTE được thực hiện bằng 2 phương pháp:

- Biến đổi sinh hóa (Bio-chemical conversion) được thực hiện với các chất thải hữu cơ có thể phân hủy sinh học qua quá trình thủy phân, lên men kỵ khí sinh khí methane Sau đó đốt khí methane tạo nhiệt, phát điện

- Biến đổi nhiệt hóa (Thermo-chemical conversion) bằng các giải pháp đốt (Incineration), nhiệt phân (pyrolysic), khí hóa (gasification) Trong đó giải pháp đốt sinh nhiệt để phát điện được áp dụng phổ biến hơn Có 2 cách đốt được thực hiện:

+ Đốt trực tiếp khối rác (Mass - burn);

+ Tạo dạng nhiên liệu giàu năng lượng (Energy Rich Fuel, ERF) để gia tăng nhiệt trị, sau đó đốt tạo nhiệt và phát điện

Ngoài ra, nhằm tận dụng lượng khí mêtan từ các bãi rác cũ, hiện nay công nghệ thu hồi khí mêtan từ các bãi rác cũ cũng đang được triển khai [13]

1.4.1 Biến đổi sinh hóa

Phương pháp nổi trội trong quá trình biến đổi sinh hóa được sử dụng để xử lý chất thải là sử dụng biogas

Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ Methane cũng là một khí tạo ra hiệu ứng nhà kính gấp 21 lần hơn khí carbonic (CO2) Thành phần chính của Biogas là CH4(50¸60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 - 40o

C Nhiệt trị thấp của CH4 là 1012 Btu/ft3 do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Tuy nhiên, để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi

sử dụng Vì khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOxcũng là một khí rất độc Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kế đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas [15, 19]

* Cơ chế tạo thành khí sinh học

Các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí sẽ bị phân hủy thành các chất hòa tan và các chất khí Các phản ứng trong đó phần lớn là carbon, hydro, oxy bị chuyển hóa chủ yếu thành methane và khí carbonic Một phần nhỏ các nguyên tố canxi, phospho, nitơ cũng bị thất thoát khi qua sự phân hủy trong hầm biogas

Sự phân hủy protein, tinh bột, lipid để tạo thành acid amin, glyceryl, acid béo, acid béo bay hơi, rượu, methylamine… cùng các chất độc hại như: tomain (độc tố thịt thối), sản phẩm bốc mùi như indol, scatol

Lượng CO2 sinh ra 1 phần sẽ bị giữ lại bởi các ion K+, Ca2+, Na+, NH3+… Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 – 70% CH4.

Ở giai đoạn đầu các chất phân hủy nhanh như tinh bột, protein, đường, 1 phần cellulose bị phân hủy trước tạo nhiều acid hữu cơ sẽ làm chậm quá trình phân hủy Ngược lại các chất xơ phân hủy từ từ nên gas sinh ra một cách liên tục

Hình 1.1 Quy trình xử lý chất thải hữu cơ bằng phương pháp hầm ủ sinh học

Theo ước tính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì lượng năng lượng này có thể làm giảm 500 triệu tấn khí cácbonic hàng năm, tương đương với với số lượng 90 triệu xe dùng trong một năm

1.4.2 Biến đổi nhiệt hóa

1.4.2.1 Phương pháp đốt trực tiếp khối rác

Có 2 phương pháp đốt trực tiếp khối rác nhằm tận dụng năng lượng

Chất thải của hầm ủ

Nhiên liệu

Chạy động cơ

Nhiệt và thắp sáng Phát điện

Chế phẩm từ cây trồng, chất thải sinh hoạt

Hầm ủ biogas

Một là: Đốt trực tiếp để đun nấu hoặc sưởi ấm theo cách cổ truyền, không có các biện pháp xử lý khí thải, không có hệ thống thu hồi năng lượng, khối chất thải như rơm, rạ, thân cây được đốt và nhiệt sử dụng trực tiếp

Hai là: Đốt rác qua hệ thống lò đốt hiện đại Tại đây, nhiệt được thu hồi nhằm

để phát điện hoặc làm nóng các nồi hơi Có hệ thống kiểm soát ô nhiễm, kiểm soát lượng tro bay Một số đặc điểm của nhà máy đốt rác thải WTE sinh nhiệt phát điện:

Nhiệt tạo ra biến thành hơi nước có thể được sử dụng trong hệ thống sưởi ấm Hơi nước áp suất cao quay các cánh quạt của tuabin phát điện để sản xuất điện

Tro sau khi đốt có thể chứa nồng độ cao các kim loại khác nhau và các hóa chất độc hại trong chất thải ban đầu [14]

Nguyên lý cơ bản của quá trình đốt

Nguyên lý chung của toàn bộ quá trình đốt là oxi hóa chất thải ở nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy Để hạn chế tới mức tối đa sự ô nhiễm bầu không khí, đảm bảo cháy hết, giảm tối đa các chất khí đặc biệt là Dioxin, Fural và HCl, các chất không cháy, tro, xỉ thì nhiệt độ trong lò đốt chất thải đạt 1100-1200oC đối với chất thải nguy hại và phải đạt ≥ 900oC đối với chất thải sinh hoạt

Để đạt được hiệu quả cao, quá trình cháy phải tuân thủ nguyên tắc 3T: Nhiệt độ

- Độ xáo trộn - Thời gian lưu cháy (Temperature - Turbulence - Time)

Nhiệt độ: Phải đảm bảo đủ cao để phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn, không tạo khí dioxin, đạt hiệu quả xử lý tối đa [14]

Độ xáo trộn: Để tăng cường hiệu quả tiếp xúc giữa CTR cần đốt và chất oxi hóa

Thời gian: Thời gian lưu cháy đủ lâu để phản ứng xảy ra hoàn toàn

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống đốt rác thải thu hồi năng lượng [19]

1.4.2.2 Tạo dạng nhiên liệu giàu năng lượng

Một xu hướng xử lý chất thải rắn đang được quan tâm tại Việt Nam là tạo thành một dạng nhiên liệu rắn (refuse derived fuel - RDF) từ các thành phần có thể đốt được trong chất thải rắn như giấy, plastic, gỗ, vải RDF chứa năng lượng trong một đơn vị thể tích cao hơn so với chất thải bình thường, có thể được vận chuyển và tồn trữ dễ dàng; có thể được đốt trực tiếp hoặc đốt cùng than trong các ứng dụng công nghiệp; và có giá thành tương đối thấp với nhiệt trị tương đối cao Với những tính năng này, RDF có tiềm năng lớn lao trong thay thế than đá, là một loại nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường Hiện tại, ở Việt Nam đang chế tạo RDF - biomass, ngoài ra Công ty TNHH Thủy lực máy còn chế tạo RDF từ rác thải và hiện tại đang triển khai tại huyện Duy Tiên - Hà Nam và Sông Công - Thái Nguyên Đó là công nghệ MBT-CD 08

Một số đặc điểm của công nghệ MBT-CD08 [3]:

- Chất cháy được tái chế thành viên nhiên liệu (Bao gồm tất cả các vật chất cháy được Không còn xà bần)

- Chất vô cơ được tái chế thành gạch xỉ (bao gồm tất cả các vật chất không cháy được Không còn thủy tinh sành sứ hay đất cát)

- Tách loại tự động tới 98 % nylon ra khỏi rác hỗn hợp (bán tái chế nhựa) Tách loại tự động 100% kim loại ra khỏi rác hỗn hợp (bán tái chế kim loại )

- Một số lượng rất rất ít rác độc hại như pin cũng được tách từ tự động, đóng rắn thành khối cùng với kim loại sẽ được tiêu hủy trong lò nấu thép

- Sử dụng rất ít công nhân tiếp xúc trực tiếp với rác trong dây chuyền : 4- 6 người/dây chuyền phân loại

- Xử lý & tái chế triệt để 100% rác đầu vào Không chôn lấp

- Nước rác được thu vào bể xử lý và được dùng để hồi ẩm cho tháp sử lý sinh học nên không có nước rỉ rác

- Khí thải được hút thu tự động trên toàn dây chuyền xử lý, được xử lý hóa học – Không phát tán ra ngoài

- Một số lượng nhỏ lốp cao su, giày da được nghiền nhỏ & tái chế thành các tấm cao su trải sàn công nghiệp.(hoặc đốt tận dụng nhiệt sấy khô viên nhiên liệu) Tất cả các vật chất có trong rác thải được xử lý và tái chế 100% thành các sản phẩm hữu ích (không còn % nào phải chôn lấp)

- Mỗi viên nhiên liệu khi đốt có thể sinh lượng nhiệt khoảng 4000 kcal/kg

Chất hữu cơ

< 40 mm

Thành phần không cháy (gạch, đá, thủy tinh

Xử lý sinh họcKết hợp (MRF và composting)

- Bổ sung hợp lý các thành phần (ẩm độ, C/N, độ rỗng)

- Tạo mùn ổn định về mặt sinh học

Sản xuất nhiên liệu

- Năng lƣợng tái tạo (>4000 Kcal/kg)

-

Theo ghi nhận từ các viên nhiên liệu tại sản xuất từ rác thải huyện Duy Tiên - tỉnh Hà Nam, dòng vật chất trong sản phẩm RDF

Khí hóa là một kỹ thuật đốt có hiệu quả về mặt năng lƣợng, đƣợc áp dụng với mục đích giảm thể tích chất thải và thu hồi năng lƣợng Quá trình khí hoá là quá trình

đốt CTR chứa hàm lƣợng cacbon cao nhằm tạo ra nhiên liệu đốt giàu cacbon monoxide, hydrogen, và một vài hydrocacbon no (chủ yếu là CH4) Nhiên liệu đốt này có thể sử dụng cho động cơ đốt trong, tua bin chạy bằng khí, nồi hơi…

Quá trình khí hóa gồm 5 phản ứng cơ bản sau:

Khi hệ thống đƣợc vận hành ở áp suất khí quyển với không khí đƣợc dùng làm chất oxy hoá, thì sản phẩm cuối cùng của hệ thống khí hoá là hỗn hợp khí cháy có nhiệt trị thấp bao gồm H2, CH4, CO2, CO và khí hidrocacbon, trong đó: 10% CO2, 20% CO, 15% H2 , 2% CH4 theo thể tích, còn lại là khí N2

Tuy nhiên, một thách thức lớn cho công nghệ khí hóa chất thải là để đạt đƣợc hiệu quả tích cực cho sản xuất điện Hiệu suất chuyển đổi khí tổng hợp sang năng lƣợng điện bị hạn chế bởi việc tiêu thụ điện năng đáng kể trong tiền xử lý chất thải, tiêu thụ một lƣợng lớn oxy tinh khiết và làm sạch khí

Một số quá trình khí hóa chất thải đã đƣợc nghiên cứu nhƣng vẫn chƣa đƣợc xây dựng và thử nghiệm, chỉ có một số ít đã đƣợc thực hiện nhƣ các nhà máy chế biến chất thải thực sự và hầu hết thời gian kết hợp với nhiên liệu hóa thạch

Một nhà máy ở Chiba, Nhật Bản xử lý chất thải công nghiệp từ năm 2000 bằng cách sử dụng quá trình Thermoselect nhƣng chƣa có tài liệu nào chứng minh sản xuất năng lƣợng từ quá trình này [33]

Hình 1.6 Hệ thống khí hóa sinh khối công nghệ Nexterra [32]

Tại Mỹ, một nhà máy khí hóa sinh khối đã được phê duyệt tại DeKalb Country, Georgia vào ngày 14 tháng 6 năm 2011 và ở Green Bay Wisconsin sẽ cung cấp điện cho hơn 4.000 ngôi nhà [40]

1.4.2.4 Nhiệt phân

Nhiệt phân là quá trình phân hủy hay biến đổi hóa học CTR bằng cách nung trong điều kiện không có oxy và tạo ra sản phẩm cuối cùng của quá trình biến đổi chất thải rắn là các chất ở dạng rắn, lỏng và khí Nó là một lựa chọn đang được thử nghiệm cho công nghệ WTE [14] Nguyên lý vận hành của quá trình nhiệt phân gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1 là quá trình khí hóa, chất thải được gia nhiệt để tách các thành phần dễ bay hơi như khí cháy, hơi nước ra khỏi thành phần cháy không hóa hơi và tro

Giai đoạn 2 là quá trình đốt các thành phần bay hơi ở điều kiện phù hợp để tiêu hủy hết các cấu tử nguy hại

Nhiệt phân bằng hồ quang - plasma: thực hiện quá trình đốt ở nhiệt độ cao (có thể đến 10.000oC) để tiêu hủy chất thải có tính độc cực mạnh Sản phẩm là khí H2 và

CO, khí axit và tro

1.4.3 Thu hồi khí mêtan (CH 4 ) từ các bãi rác cũ

Bãi chôn lấp với hệ thống thu gom có thể khoan giếng nhỏ và cài đặt máy nén khí và đường ống để loại bỏ các khí Khí thu thập trong các đường ống và sẽ được chuyển đến một điểm thu gom trung tâm, nơi nó có thể được xử lý để loại bỏ các chất gây ô nhiễm và độ ẩm Sau đó nó có thể được vận chuyển bằng đường ống dẫn hoặc

sử dụng tại chỗ để tạo ra nhiệt hoặc điện, hoặc chuyển hóa thành khí sạch hơn và truyền qua các đường ống [19, 29]

Khí mê-tan được tạo ra ngay sau khi chất thải rắn được đặt trong một bãi rác Cao điểm sản xuất bắt đầu khoảng một năm sau khi đặt cọc, nhưng khí có thể được tạo ra cho 20 năm hoặc hơn, tùy thuộc vào đặc điểm bãi chôn lấp Độ ẩm, các thành phần của vật liệu trong bãi chôn lấp, loại đất, nhiệt độ không khí và các yếu tố khác thành phần và số lượng khí

Khí từ bãi chôn lấp có thể tạo ra điện, nhiệt nước thành hơi nước, được chuyển đổi để cung cấp nhiên liệu cho xe, hoặc tinh khiết được sử dụng trong các đường ống dẫn khí tự nhiên

Cách đơn giản nhất và rẻ nhất để sử dụng khí bãi rác là đường ống khí đốt trực tiếp đến khách hàng, người sử dụng khí đốt nồi hơi của nhiên liệu hoặc thiết bị đốt

Nó có thể được sử dụng thương mại cho các lò công nghiệp, máy sấy nhiệt (được sử dụng trong hoạt động quản lý chất thải), và các nhà máy xi măng và nhựa đường [29]

Nếu không được thu giữ, khí mêtan tại các bãi chôn lấp chất thải sẽ trở thành khí nhà kính nhiều gấp 20 lần CO2 khi nó gia tăng trong khí quyển Các bãi chôn lấp chất thải chiếm 25% tổng lượng khí mêtan phát thải có liên quan đến hoạt động của con người Do đó, thu giữ khí mêtan tại các bãi chôn lấp cũ và đang hoạt động mang lại lợi ích toàn cầu, đồng thời là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng Ở Bang New York (Mỹ), điện năng được sản xuất từ khí mêtan tại bãi chôn lấp cao hơn nhiều so

với điện năng từ năng lượng mặt trời Ở Bang New Jersey (Mỹ), điện năng sản xuất từ khí mêtan ở các bãi chôn lấp nhiều hơn cả điện mặt trời và phong điện Hơn 51 dự án

về khí mêtan tại các bãi chôn lấp chất thải đang được thực hiện ở 3 bang, 7 dự án đang được xây dựng và 23 dự án đã kết thúc [19, 31]

Dự án tại bãi chôn lấp East Windsor có sức chứa 837.000 tấn ở Broad Brook

đã bắt đầu hoạt động vào năm 2007, đang sản xuất 3,2 MW Dự án trước đó tại bãi chôn lấp Hartford với sức chứa 2,2 triệu tấn đã sản xuất 2,9 MW điện [31]

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và địa điểm nghiên cứu

Chất thải rắn (rác thải sinh hoạt, rác thải trong nông nghiệp, rác thải công nghiệp) trên địa bàn huyện Thanh Oai

Thanh Oai có vị trí địa lý:

- Phía Đông giáp huyện Thường Tín, huyện Thanh Trì;

- Phía Nam giáp huyện Ứng Hòa và huyện Phú Xuyên;

- Phía Tây giáp huyện Chương Mỹ;

- Phía Bắc giáp quận Hà Đông

Tổng diện tích đất tự nhiên là 12.381,5 ha

2.1.2 Điều kiện tự nhiên

Thanh Oai Thanh Oai là huyện sản xuất nông nghiệp là chủ yếu, nằm ở phía nam của quận Hà Đông, huyện được bao bọc bởi hai dòng sông: sông Nhuệ và sông Đáy, tổng diện tích đất tự nhiên toàn huyện là 12.381,5 ha, trong đó diện tích đất sản xuất nông nghiệp là 8.633,56 ha, đất sản xuất kinh doanh phi nông nghiệp là 170,54

ha [16]

Địa hình là đồng bằng tương đối bằng phẳng với hai vùng rõ rệt là vùng đồng bằng sông Nhuệ và vùng bãi sông Đáy, theo đó có độ dốc sang Đông từ phía Bắc đến phía Nam của huyện Điểm cao nhất là xã Thanh Mai với độ cao 7,5 m so với mặt nước biển và điểm thấp nhất ở xã Liên Châu có độ cao 1,5 m so với mặt nước biển

Với đặc điểm địa hình rất thuận lợi cho phát triển sản xuất đa dạng hóa cây trồng vật nuôi, có khả năng cho thâm canh tăng vụ, chuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi

Thanh Oai nằm trong vùng khí hậu miền Bắc, nét nổi bật là chế độ mưa ẩm gió mùa Khí hậu ở đây mang đầy đủ những đặc điểm của khí hậu miền: mùa đông chỉ có thời kỳ đầu tương đối khô còn nửa cuối ẩm ướt, mưa nhiều

Hệ thống thủy văn của huyện gồm hai sông lớn là sông Đáy, sông Nhuệ và hệ thống hồ, đầm lớn tập trung ở các xã như Thanh Cao, Cao Viên, Cao Dương

Sông Đáy chảy dọc theo phía Tây của huyện, qua địa bàn 10 xã có chiều dài 20,5km với độ rộng trung bình 100-125m

Sông Nhuệ ở phía Đông của huyện có chiều dài 14,5km lấy nước từ sông Hồng

để cung cấp cho sản xuất nông nghiệp và phục vụ đời sống của nhân dân các xã ở ven sông từ xã Cự Khê đến Liên Châu

Sông Vân Đình chạy ngang phía Nam huyện, có đập Hòa Mỹ điều tiết nước bơm tiêu cho lưu vực sông Nhuệ về hệ thống trạm bơm tiêu Vân Đình khi có mưa lớn

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu thứ cấp

Tài liệu thứ cấp là những tài liệu có sẵn hoặc các số liệu thống kê của địa phương về các vấn đề có liên quan đến nội dung nghiên cứu Các tài liệu thứ cấp được thu thập từ các nguồn sau đây:

Các báo cáo tổng kết, quy hoạch phát triển, niên giám thống kế, các số liệu thu thập được từ phòng Tài nguyên và Môi trường và phòng Kinh; Từ đó thu thập được các số liệu về dân số, diện tích, năng suất, sản lượng các loại cây trồng

Từ các nguồn tài liệu nghiên cứu khác liên quan: báo chí, tài liệu hội nghị, hội thảo, sách, tạp chí, internet nhằm nghiên cứu về hiện trạng sử dụng năng lượng và công nghệ biến chất thải thành năng lượng hiện nay

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa

Phương pháp này nhằm xác định khối lượng của từng loại chất thải phát sinh trên địa bàn

Tiến hành theo dõi việc tập kết rác thải tại các điểm tập kết rác thải của từng

xã, thị trấn để đếm số xe đẩy tay chứa rác trong một ngày, tuần và trong tháng Các xe đẩy tay được chở đến điểm tập kết vào đúng giờ quy định và cho lên xe chở rác chuyên dùng của công ty môi trường đô thị Với phương pháp đếm số xe và cân để xác định thành phần, tỷ lệ rác thải sẽ giúp biết được khối lượng rác thải phát sinh hàng ngày Do lượng rác thải thường là ổn định từ các nguồn thải, rất ít bị biến động Nên tiến hành xác định khối lượng và sau đó tính trung bình

Tác giả phân dân cư trong huyện thành 3 nhóm thu nhập: khá, trung bình, thấp Tương đương với các mức thu nhập:

Thấp: dưới 12 triệu/người/năm,

Trung bình: từ 12 đến 14 triệu/người/năm;

Khá: trên 14 triệu/người/năm

Ứng với mỗi nhóm tác giả tiến hành:

- Trộn đều đống rác và chia thành 4 phần bằng nhau, lấy 2 phần đối diện và tiến hành như vậy để giảm khối lượng rác

- Phân thành nhiều loại và cân khối lượng theo khoảng nhiệt trị của chúng Công tác phân loại được tiến hành tại điểm trung chuyển rác thải của huyện, rác

từ các nhóm được chia thành các khu vực riêng và phân loại 2 lần/tháng, tiến hành trong 3 tháng

2.2.3.Phương pháp phỏng vấn qua phiếu câu hỏi

Đây là phương pháp quan trọng nhất nhằm kiểm tra các thông tin đã thu thập được qua tài liệu và thu thập những thông tin từ thực tế để củng cố giả định nghiên cứu Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã tới địa phương để thu thập tất cả những

thông tin cần thiết liên quan như mức sống của dân cư, lượng phát sinh rác thải hàng ngày, phương pháp chủ yếu

Phiếu phỏng vấn này gồm các câu hỏi được chia làm 3 phần:

- Thông tin về kinh tế xã hội

- Tình hình phát sinh rác thải

- Tình hình thu gom và sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp

Ngoài ra có tiến hành phỏng vấn không chính thức lãnh đạo địa phương, chủ doanh nghiệp về mức sống, tình hình phát sinh, thu gom và vận chuyển rác thải; canh tác và sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp trên địa bàn từ đó giúp cho việc đánh giá sơ

bộ về hiện trạng canh tác, thu gom và tận dụng, tái sử dụng rác thải

2.2.4 Phương pháp dự báo

Phương pháp 1: Phương pháp dự báo khối lượng chất thải rắn sinh hoạt trên cơ

sở phát triển kinh tế - xã hội của từng vùng được dựa trên các yếu tố sau:

- Dân số và tốc độ tăng dân số

- Các điều kiện kinh tế - xã hội, tỷ lệ tăng trưởng kinh tế và mức tăng trưởng tổng sản phẩm quốc nội tại từng vùng kinh tế

- Phong tục tập quán trong việc sử dụng hàng hoá

Phương pháp 2: Hồi cứu quá khứ - dự báo tương lai là phương pháp hồi cứu các số liệu về trạng thái, số lượng và thành phần chất thải rắn và xu thế diễn biến môi trường của giai đoạn quá khứ trên cơ sở của số liệu đã thu gom từ nhiều năm liên tục

- Tổng lượng chất thải rắn phát sinh (tấn /năm)

- Lượng chất thải rắn có khả năng đốt cháy và sinh ra năng lượng và giá trị năng lượng được tạo ra sau khi đốt chất thải rắn

Theo Nguyễn Ngọc Nông [17], tỷ lệ phát sinh rác thải sinh hoạt hàng năm là 10% Vậy ta có công thức dự báo lượng chất thải sinh hoạt năm thứ n:

An = An-1 + 0,1 x An-1

An : Lượng rác thải sinh hoạt phát sinh năm thứ n

An-1 : Lượng rác thải sinh hoạt phát sinh năm thứ n-1